Il concetto di chiralità è ben radicato nella scienza:quando un oggetto non può essere sovrapposto alla sua immagine speculare, sia l'oggetto che la sua immagine speculare sono detti chirali. Nell'industria farmaceutica, ad esempio, più del 50% delle molecole farmaceuticamente attive utilizzate oggigiorno sono molecole chirali. Mentre uno degli "enantiomeri" salva la vita, la sua controparte con la mano opposta può essere velenosa. Un altro concetto che ha riscontrato un interesse diffuso nella scienza dei materiali contemporanea è la topologia, poiché molti cosiddetti materiali topologici presentano proprietà esotiche. Per esempio, i materiali topologici possono avere stati limite protetti in cui gli elettroni scorrono liberamente senza resistenza, come se si creasse un percorso superconduttore di elettroni ai margini di un materiale. Tali proprietà non convenzionali sono una manifestazione della natura quantistica della materia. I materiali topologici possono essere classificati da un numero quantico speciale, chiamato carica topologica o numero di Chern.

I materiali topologici chirali hanno proprietà particolarmente uniche che potrebbero essere utili in futuri dispositivi per computer quantistici che potrebbero accelerare notevolmente i calcoli. Un esempio di tale proprietà è la tanto ricercata corrente fotogalvanica a grande quantizzazione. Qui viene generata una corrente continua fissa in un materiale topologico chirale una volta esposto a una luce polarizzata circolarmente, che è indipendente dalla forza della radiazione incidente e la sua direzione può essere manipolata dalla polarizzazione della luce incidente. Questo fenomeno si basa sul fatto che il materiale possiede un'elevata carica topologica di 4, che è il valore massimo possibile in qualsiasi materiale.

Chimici e fisici dello stato solido dell'Istituto Max Planck per la fisica chimica dei solidi (MPI CPfS), l'Istituto Leibniz per la ricerca sullo stato solido e sui materiali (IFW), l'Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), l'Helmholtz-Zentrum Berlin fuer Materialien und Energie (HZB) e l'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina, Hefei è riuscito a realizzare questo peculiare stato elettronico per la prima volta nel nuovo composto topologico chirale PtGa. I loro risultati sono stati pubblicati in Comunicazioni sulla natura .

Nello studio, i ricercatori hanno utilizzato un accoppiamento spin-orbita eccezionalmente forte in PtGa come parametro chiave per risolvere e contare chiaramente il numero di stati superficiali topologici speciali, chiamati gli archi di Fermi, che determinano la carica topologica. "PtGa è il miglior composto esistente in natura con struttura chirale B20 per osservare archi di Fermi spin-split e realizzare il massimo numero di Chern 4 in quanto ha il più forte accoppiamento spin-orbita". dice Kaustuv Manna, uno degli autori dello studio che lavora come scienziato presso l'Istituto Max Planck per la fisica chimica dei solidi di Dresda.

I calcoli teorici eseguiti da Yan Sun e dai suoi colleghi hanno suggerito che il composto PtGa è un candidato molto promettente per osservare l'elevata carica topologica che è stata verificata sperimentalmente da Mengyu Yao e dai suoi colleghi che hanno eseguito studi dettagliati di spettroscopia di fotoemissione ad angolo risolta (ARPES). ARPES è un potente strumento per studiare il comportamento degli elettroni nei solidi.

"Il lavoro di Yao et al. rivela che PtGa è un semimetallo topologico con una carica chirale massima e ha il più forte accoppiamento spin-orbitale tra tutti i cristalli chirali identificati fino ad oggi. Questa osservazione è significativa e ha grandi implicazioni per le sue proprietà di trasporto, come il magnetotrasporto." spiega Ming Shi, un professore e scienziato senior al Paul Scherrer Institute, Svizzera.

Lo studio è un esempio di un'eccellente collaborazione tra gruppi di ricerca che coprono diverse aree di competenza. All'interno del cluster di eccellenza ct.qmat, gli scienziati stanno cooperando per studiare fondamentalmente nuovi stati della materia. "Ci stiamo concentrando su nuovi materiali le cui proprietà e funzioni osservate sono guidate da interazioni quantomeccaniche a livello atomico, con semimetalli come PtGa essendo uno degli esempi più interessanti, "dice Jochen Wosnitza, Direttore dell'High Magnetic Field Laboratory (HLD) di Dresda presso HZDR, riferimento ad uno dei principali temi di ricerca del cluster. Gli istituti che partecipano al cluster e che collaborano alla pubblicazione attuale includono i partner del concetto di DRESDEN MPI CPfS, IFW, e HZDR.